Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗОВОЙ ОСНОВЫ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к способу получения базовой основы трансформаторного (электроизоляционного) масла, применяемой в композиции с антиокислительными и иными присадками в трансформаторах и других типах маслонаполненного оборудования.

Уровень техники

Основными характеристиками трансформаторного масла являются низкая температура застывания, хорошая термоокислительная стабильность и низкие диэлектрические потери. Для достижения указанных характеристик при высоком выходе целевого продукта большое значение имеет технология производства базовой основы масла.

В настоящее время для получения базовой основы трансформаторного масла наибольшее распространение получила трехступенчатая схема, включающая процессы гидроочистки (гидрооблагораживания), а в некоторых случаях гидрокрекинга, депарафинизации и гидродоочистки.

Известен способ получения базовой основы электроизоляционного масла для трансформаторов в процессе, включающем стадию гидроочистки масляной фракции 286 - конец кипения (к.к.) арабской нефти на катализаторах, содержащих сульфиды никеля и вольфрама на оксиде алюминия, при давлении 18 МПа, температуре 370°С и объемной скорости 0,6 ч^-1, стадию депарафинизации метилэтилкетоном и толуолом (60:40) и стадию доочистки на глине (патент GB №1255897). Общий выход продукта составляет 68 мас.% при температуре застывания -35°С. Недостатком может быть отмечена относительно высокая температура застывания (требуемая стандартом МЭК 60296-2003 температура застывания не должна превышать минус 45°С).

Известен процесс получения базовой основы трансформаторного масла из вакуумного газойля кувейтских и иранских нефтей (фракция 235-438°С) (патент GB №1449515). Процесс включает стадию каталитической гидроочистки на катализаторе, содержащем оксиды кобальта и молибдена на алюмосиликате, при давлении 13,8 МПа, температуре 375°С и объемной скорости 1,0 ч^-1, с последующей дистилляцией фракции 250-к.к., стадию каталитической депарафинизации на катализаторе, содержащем 0,56 мас.% платины, нанесенной на декатионированный морденит, при давлении 3,5 МПа, температуре 320°С и объемной скорости 1,0 ч^-1, с последующей стадией разгонки с выделением фракции 250-к.к. Показано, что дополнительная стадия гидродоочистки может быть необязательна. Температура застывания полученного продукта была ниже -57°С, однако данные по выходу целевого продукта не представлены.

Известен способ получения базовой основы трансформаторного масла из прямогонной нефтяной фракции 275-430°С или рафинатов селективной очистки (RU 2123028). Процесс включает стадию гидроочистки при давлении 3,8 МПа, температуре 380°С и объемной скорости 0,7 ч^-1 на катализаторе, содержащем оксид никеля, оксид молибдена, оксид фосфора, оксид редкоземельных элементов, оксид циркония и оксид алюминия, стадию каталитической депарафинизации при 4,5 МПа и 330°С и объемной скорости 0,68 ч^-1 на катализаторе, содержащем оксид молибдена, оксид бора, оксид алюминия и высококремнистый цеолит, и стадию гидрирования при 4,8 МПа и 250°С на катализаторе, содержащем платину, алюмосиликат и оксид алюминия. Выход целевого продукта составляет 42,8 мас.% при температуре застывания -46°С. Использование рафината селективной очистки в качестве сырья позволяет повысить выход базовой основы трансформаторного масла до 43,4 мас.%. К недостаткам процесса можно отнести относительно низкий выход целевой фракции.

Известен способ получения низкозастывающей базовой основы трансформаторного масла из легкого вакуумного газойля (фракция 246-430°С) (US 4057489). На первой стадии проводят гидрооблагораживание при давлении до 7-10,5 МПа, температурах 376-390°С и объемной скорости 1,5-1,75 ч^-1 на катализаторах, содержащих оксиды никеля, вольфрама и алюминия. На второй стадии проводят депарафинизацию при давлении 6,0 МПа, температуре 302°С и объемной скорости 1,0 ч^-1 на катализаторах, содержащих 0,5% титана и 1,0% палладия, нанесенных на Н-морденит (900 Н Zeolon). На третьей стадии проводят контактную доочистку на глинах. Выход продукта с температурой застывания минус 62-минус 45°С, полученного по данной схеме, составлял 76,8-78,0 об.%. Недостатком указанного способа следует считать необходимость дополнительной очистки на глине для придания базовой основе необходимой стабильности к окислению.

Известен способ получения электроизоляционного масла, описанный в авторском свидетельстве SU 1815994. Согласно заявленному способу прямогонная нефтяная фракция 270-430°С подвергается обработке, включающей стадию гидроочистки на катализаторе, содержащем оксид кобальта, оксид молибдена и оксид алюминия, стадию депарафинизации на катализаторе, содержащем оксид молибдена, оксид бора, оксид алюминия и высококремнеземный цеолит, и стадию гидрирования на катализаторе, содержащем сульфид никеля, сульфид вольфрама и оксид алюминия. Процесс проводится при давлении водорода 23 МПа, температуре в зоне катализаторов гидроочистки и депарафинизации 360°С и 340°С в зоне катализатора гидрирования, объемной скорости подачи сырья 0,6 ч^-1. Из полученного продукта перегонкой выделяется целевая фракция с температурой застывания -48°С, температурой вспышки 138°С, термоокислительной стабильностью по МЭК 194 ч и тангенсом диэлектрических потерь 0,06. Выход продукта на используемое сырье составляет 59,2 мас.%. Недостатком данного способа можно считать относительно низкий выход целевого продукта.

Известен способ получения базовой основы трансформаторного масла из прямогонной нефтяной фракции 250-420°С (патент RU №2064002 - прототип). Процесс включает стадию гидроочистки при давлении 4,5 МПа и температуре 375°С на катализаторе, содержащем оксид никеля, оксид молибдена, оксид фосфора, оксид редкоземельных элементов и оксид алюминия, стадию каталитической депарафинизации при давлении 4,7 МПа и температурах 360-390°С на катализаторе, содержащем оксид молибдена, оксид бора, оксид алюминия и высококремнистый цеолит, и стадию гидрирования при давлении 4,8 МПа и температурах 260-280°С на катализаторе, содержащем платину и алюмосиликат. Полученный продукт подвергают ректификации с выделением фракции 270-к.к. Выход целевого продукта составляет 41,7 мас.% при температуре застывания -46°С. Недостаткам данного способа является относительно низкий выход целевой фракции, а также необходимость циклического проведения процесса с периодами 500-1000 часов.

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании высокоэффективного способа производства базовой основы трансформаторного масла.

Технический результат заключается в увеличении выхода базовой основы трансформаторного масла при сохранении качественных характеристик, соответствующих стандартам МЭК и ГОСТ, а также в улучшении электроизоляционных свойств трансформаторного масла.

Технический результат достигается тем, что нефтяную прямогонную фракцию, выкипающую выше 310°С, подвергают каталитическому гидрокрекингу, а затем каталитической изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, при послойной загрузке катализатора изодепарафинизации (верхний слой) и катализатора догидрирования (нижний слой), взятых в соотношении 5-12:1. Каталитический гидрокрекинг осуществляют при температуре 340-420°С, под давлением 15-30 МПа, при объемной скорости подачи сырья 0,5-1,0 ч^-1 и при отношении водородсодержащего газа к сырью 500-1500:1 нм³/м³. Каталитическую изодепарафинизацию, совмещенную с догидрированием, осуществляют при температуре 220-300°С, под давлением водорода 2,5-4,5 МПа, при объемной скорости подачи сырья через слой катализатора изодепарафинизации 0,5-2 ч^-1, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора догидрирования 5-12 ч^-1 при отношении водородсодержащего газа к сырью 500-1500:1 нм³/м³.

В частном случае катализатор гидрокрекинга содержит (мас.%):

В частном случае катализатор изодепарафинизации содержит (мас.%):

Катализатор изодепарафинизации может дополнительно содержать 0,2-0,4 мас.% оксида цинка, или 0,2-1,0 мас.% оксида индия, или 0,2-0,4 мас.% лантана.

В частном случае катализатор догидрирования содержит (мас.%):

Предложенный способ получения трансформаторного масла позволяет повысить выход продукта на исходное сырье с 59,2% по прототипу до 68,8%. При этом температура стадии депарафинизации понижается с 360°С по прототипу до 230-255°С. Полученная базовая основа трансформаторного масла имеет температуру застывания ниже -60°С (-48°С по прототипу) и термоокислительную стабильность (индукционный период окисления) по МЭК свыше 290 ч при 192 по прототипу.

Осуществление изобретения

На первой стадии исходная нефтяная фракция (вакуумный газойль) подвергается гидрокрекингу.

Процесс осуществляется при температурах 340-420°С, давлении 15-30 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,5-1,0 ч^-1 и циркуляции водородсодержащего газа (ВСГ) 500-1500:1 нм³/м³. Продукты подвергаются дистилляции с выделением фракции 280°С-к.к.

Полученная фракция направляется на стадию изодепарафинизации и догидрирования на катализаторах, загруженных послойно в один реактор в соотношении 5-12:1.

Процесс осуществляется при температурах 220-300°С, давлении 2,5-4,5 МПа, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора изодепарафинизации 0,5-2,0 ч^-1, через слой катализатора догидрирования 5-12 ч^-1 и отношении водородсодержащего газа к сырью 500-1500:1 нм³/м³. Из полученного гидрогенизата дистилляцией выделяют целевую фракцию базовой основы трансформаторного масла.

Для иллюстрации предлагаемого способа приведены следующие примеры.

Пример 1.

Прямогонную нефтяную фракцию (вакуумный газойль), выкипающую при температуре выше 310°С, с характеристиками, приведенными в таблице 1, на первой стадии подвергают гидрокрекингу на катализаторе, содержащем (мас.%):

Процесс осуществляется при температуре 340°С, давлении водорода 15 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,5 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ:сырье 500:1 нм³/м³. Из полученного продукта дистилляцией выделяют целевую фракцию 280-к.к. с характеристиками, представленными в Таблице 2. Выход целевой фракции на этой стадии составляет 72,0 мас.%.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования, содержащем (мас.%):

Соотношение катализаторов изодепарафинизации и догидрирования составляет 5:1. Процесс осуществляется при температуре 300°С, давлении водорода 4,5 МПа, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора изодепарафинизации составляет 2,0 ч^-1, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора догидрирования - 10,0 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ:сырье - 1500:1 нм³/м³.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,8 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,3 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 2.

Процесс осуществляется при температуре 360°С, давлении водорода 25 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,6 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ:сырье 1000:1 нм³/м³. Из полученного продукта дистилляцией выделяют целевую фракцию 280-к.к. с характеристиками, представленными в Таблице 2. Выход целевой фракции на этой стадии составляет 72,0 мас.%.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования, содержащем (мас.%):

Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 12:1.

Процесс осуществляется при температуре 240°С, давлении водорода 3,5 МПа, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора изодепарафинизации составляет 1,0 ч^-1, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора догидрирования - 12,0 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ:сырье - 1000:1 нм³/м³.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,5 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,0 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 3.

Прямогонную нефтяную фракцию (вакуумный газойль), выкипающую при температуре выше 310°С, с характеристиками, приведенными в Таблице 1, на первой стадии подвергают гидрокрекингу на катализаторе, содержащем (мас.%):

Процесс осуществляется при температуре 420°С, давлении водорода 30 МПа, объемной скорости подачи сырья 1,0 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ:сырье 1500:1 нм³/м³. Из полученного продукта дистилляцией выделяют целевую фракцию 280-к.к. с характеристиками, представленными в Таблице 2. Выход целевой фракции на этой стадии составляет 68,5 мас.%.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования, содержащем (мас.%):

Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Процесс осуществляется при температуре 220°С, давлении водорода 2,5 МПа, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора изодепарафинизации составляет 0,5 ч^-1, объемной скорости подачи сырья через слой катализатора догидрирования - 5,0 ч^-1, соотношении циркуляционный ВСГ: сырье - 1000:1 нм³/м³.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,0 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 64,4 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 4.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 95,0 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,4 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 5.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2.

Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,8 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,3 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 6.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 95,5 мас.%.

Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,8 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 7.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,0 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 67,7 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 8.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,0 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 67,7 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 9.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,7 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,2 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 10.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2. Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 93,7 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 67,5 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 11.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2.

Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 94,5 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,0 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3.

Пример 12.

Процесс проводят по примеру 2.

На второй стадии полученную фракцию 280-к.к. подвергают изодепарафинизации, совмещенной с догидрированием, на катализаторе изодепарафинизации, содержащем (мас.%):

и на катализаторе догидрирования по примеру 2.

Соотношение катализаторов изомеризации и догидрирования составляет 10:1.

Совмещенный процесс изодепарафинизации и догидрирования осуществляется по примеру 2.

Полученный продукт подвергают дистилляции и выделяют целевую базовую основу трансформаторного масла. Выход продукта на второй стадии составляет 95,5 мас.%. Общий выход базовой основы трансформаторного масла, полученный по двухстадийному процессу, составляет 68,8 мас.%.

Выход и физико-химические свойства полученной базовой основы трансформаторного масла приведены в Таблице 3. Для сравнения в Таблице 3 приведены данные, полученные по прототипу.

Промышленная применимость

Предложенный способ получения базовой основы трансформаторного масла применим при получении трансформаторных масел на нефтеперерабатывающих предприятиях.

я